3000亿年误差仅1秒,中国率先攻克“终极计时器”!
我们人类最近又掌握了自然界第五种基本力之外的东西,那就是核光钟。简单来说,就是我们计时的精度从原子尺度迈向了原子核尺度。这相当于什么?人类对时间的测量能力又一次实现了质的飞跃。因为有了核光钟,以后很多以前想都不敢想的事情都有可能变成现实。
那问题来了,什么是核光钟呢?咱们先说说现在的计时工具是什么水平吧。目前全世界最准的就是原子钟,它的原理是什么呢?就是原子里面的电子会像钟摆一样振动,每摆动一次就是一个固定频率。只要记录下来,就能准确计时。但是这玩意儿太娇贵了,必须放在恒温恒湿的精密仪器里面,就像金镶玉一样供着,稍微有点风吹草动就会乱套。所以,尽管原子钟一般都架在卫星上面,给我们的手机、导航仪提供标准时间,但它依然还是个娇小姐,很难派去干一些比较苦脏累的活。
于是,大家伙就寻思,能不能找到一种更皮实耐用的计时方式呢?而核光钟就是这么一位硬汉。为什么这么说呢?因为核光钟不是“听”原子外面电子的节拍,而是“听”原子核内部的节拍。这就相当于之前是在大马路上听人讲话,而现在是在密室里面听心跳。前者很容易受到外界电磁场的干扰,而后者被厚厚的“原子壳”包裹着,相对来说就更加靠谱了。
不过话说回来,要“听”原子核内部的节拍并不是一件容易的事。直到去年,科学家才首次验证了原子核内部可用于跃迁的频段。而这次咱们中国科学技术大学潘建伟院士团队跟合作者一起,率先攻克了核光钟研制的最后一道核心瓶颈。什么意思呢?就是核光钟的“闹钟”——148纳米的连续波激光,终于被造出来了。因为原子核很小,只有原子的万分之一,所以只能用极紫外波段的特定激光才能驱动它。而这种激光要么极难造出来,要么就算能出来也是脉冲式的,没法当持续唤醒的闹钟。潘院士团队干脆绕过传统的路线,用四波混频技术,选用了特定蒸气作为非线性介质,这才啃下了这块硬骨头。
而有了这个闹钟之后,核光钟的理论计时精度能达到10的负19次方,也就是3000亿年只差1秒。这比目前最先进的原子钟还要准100倍。而且核光钟还不挑环境,未来甚至可以做成便携版。所以,它一旦走向实用,就意味着未来的卫星导航、地质勘探、深空探测等等,都会迎来全新的可能性。


